Чёрная дыра́ — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.
Представления о чёрной дыре как об абсолютно поглощающем объекте были скорректированы А. А. Старобинским и Я. Б. Зельдовичем в 1974 году — для вращающихся чёрных дыр, а затем, в общем случае, С. Хокингом в 1975 году. Изучая поведение квантовых полей вблизи чёрной дыры , Хокинг предположил, что чёрная дыра обязательно излучает частицы во внешнее пространство и тем самым теряет массу. Этот гипотетический эффект называется излучением (испарением) Хокинга. Упрощённо говоря, гравитационное поле поляризует вакуум, в результате чего возможно образование не только виртуальных, но и реальных пар частица-античастица. Одна из частиц, оказавшаяся чуть ниже горизонта событий, падает внутрь чёрной дыры, а другая, оказавшаяся чуть выше горизонта, улетает, унося энергию (то есть часть массы) чёрной дыры.
Тело, свободно падающее под действием сил гравитации, находится в состоянии невесомости и испытывает действие только приливных сил, которые при падении в чёрную дыру растягивают тело в радиальном направлении, а в тангенциальном — сжимают. Величина этих сил растёт и стремится к бесконечности при r\to 0 (где r — расстояние до центра дыры).
Наиболее надёжными считаются свидетельства о существовании сверхмассивных чёрных дыр в центральных областях галактик. Сегодня разрешающая способность телескопов недостаточна для того, чтобы различать области пространства размером порядка гравитационного радиуса чёрной дыры (помимо чёрной дыры в центре нашей Галактики, которая наблюдается методами радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой на пределе их разрешающей способности). Поэтому в идентификации центральных объектов галактик как чёрных дыр есть определённая степень допущения (кроме центра нашей Галактики). Считается, что установленный верхний предел размеров этих объектов недостаточен, чтобы рассматривать их как скопления белых или коричневых карликов, нейтронных звёзд или даже чёрных дыр обычной массы.
МИФЫ О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ
Галактики вращаются вокруг черных дыр.
Мы все знакомы с нашей Солнечной системой, где кучка планет и астероидов (и булыжников, дослужившихся до высоких званий, вроде Плутона) вращаются вокруг центрального небесного тела.
Многие считают, что по той же схеме построена галактика, где звезды и газовые облака вращаются вокруг центральной черной дыры. Это не так. Астрономы давно знают, что галактики — это не системы Кеплера, так как орбитальные скорости звезд, как правило, не зависят от радиуса орбит. Сегодня, когда в нашем распоряжении есть массы черных дыр, в том числе Стрельца A* в центре Млечного Пути, мы можем получить более точную картину.
Черные дыры засасывают всё вокруг себя.
Мы уже выяснили, что звезды снаружи сферы влияния черной дыры не вращаются вокруг нее. Но что насчет тех 100 небесных тел в радиусе 3 парсеков от Стрельца A*? Стоит ли им волноваться, что их проглотят?
Вся штука с гравитацией черной дыры в том, что она ничем не отличается от гравитации любого другого объекта, обладающего массой. Сила тяготения не заставляет небесные тела падать друг на друга (это верно только в случае нулевой тангенциальной скорости в системе отсчета центрального объекта), она заставляет их обращаться друг около друга. По этой причине Земля 4,5 миллиарда лет вращается по орбите вокруг Солнца и не падает на него. Если бы Солнце было черной дырой той же массы, наша орбита осталась бы такой же. Этим простым фактом мы обязаны сохранению углового момента, которое следует из законов Ньютона.
Черные дыры имеют очень высокую плотность.
Лишь маленькие черные дыры имеют высокую плотность. Массивные черные дыры, которые находятся в центрах галактик, совсем не такие плотные.
У черных дыр нет радиуса в собственном смысле слова, и потому не может быть строго определенного объема или плотности. Но если считать горизонт событий краем черной дыры, то ее плотность будет уменьшаться прямо пропорционально квадрату ее массы. Типичная черная дыра звездной массы (в Млечном Пути таких должно быть около 100 миллионов), которая весит в 10 раз больше Солнца, будет в 10 миллионов миллионов раз плотнее воды, то есть будет иметь плотность 1016 килограммов на кубический метр.
